关键词：柔性直流；输电线路故障；保护
引言
柔性直流输电作为新一代直流输电技术，目前被认为是实现新能源并网和直流电网的极具潜力的输电方式，也是构建未来智能化输电网络的关键技术。柔性直流输电系统的控制是影响输电系统运行性能的关键因素之一。
1直流输电线路继电保护研究现状
1.1主保护
实际投入运行的直流输电线路主保护主要有行波保护和微分欠压保护2种，最先是应用于常规高压直流输电系统，而柔性直流输电线路的保护则直接借鉴了这2种保护。其中行波保护主要采用ABB和SIEMENS两家公司的单端量行波保护原理。两家公司的保护都利用极波(即反向电压行波)来构成保护判据。ABB的行波保护根据极波的变化量的大小来判断故障。当极波的变化量大于保护定值时，即认为线路发生了故障，保护不经过延时就可以出口，保护的动作时间与故障后极波的变化率密切相关，一般情况下动作时间为几个ms。SIEMENS的行波保护则引入了电压的微分来构成保护的启动判据，同时使用了保护启动后极波的变化量在10ms内的积分值构成保护判据。这样可以在一定程度上降低各种干扰对保护的影响，提高保护的可靠性，但牺牲了保护的动作速度。
1.2后备保护
现有的直流输电系统的线路后备保护往往采用纵联电流差动保护。但由于线路故障后暂态过程较为严重，有非常大的暂态分布电容电流，因此为了躲过暂态过程的影响，电流差动保护往往引入较大的延时。其后备纵联电流差动保护的典型动作时间为500-800ms。对于柔性直流电网来说，上述动作时间显然太长了，交流侧的保护将有可能先于直流线路后备保护动作，造成换流站退出运行，极大地扩大了故障隔离和切除的范围。柔性直流电网线路的后备保护应当具有较好的选择性和足够的灵敏性，能够在线路经大过渡电阻接地故障、线路主保护由于灵敏度不足拒动时可靠地动作，作为线路超高速主保护的补充和配合。同时还应当具有较快的动作速度，以在时序上配合直流线路主保护和交流侧的保护，尤其是在直流线路发生故障时要先于交流侧保护动作。
2柔性直流输电线路故障处理与保护面临的关键问题与研究展望
柔性直流输电系统以其有功无功独立调节、无源供电能力以及易于构建直流电网等特点，越来越受到人们的关注，而直流线路故障处理和保护技术是限制柔性直流输电系统发展的主要因素之一。基于目前国内外技术研究的现状和发展趋势，柔性直流输电线路故障处理与保护技术面临的问题以及未来的研究方向如下。（1）直流线路故障特征的理论分析与直流线路保护新原理。为更好地实现直流线路的故障处理，柔性直流输电系统的电路器件有所增加，同时相应的控制也更加复杂化，增加了直流线路故障分析的困难。不同于高压交流系统和传统的高压直流输电系统，线路故障的特征与系统的控制关系更加密切，同时新增电力电子器件的非线性特征也给故障电流的计算带来了极大的困难。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆而直流线路故障特征的分析与计算，是研究快速且可靠的线路保护原理的基础，因此，如何在考虑控制系统的影响下，合理处理电力电子器件的非线性特征，分析直流线路故障特征是柔性直线路保护研究亟需解决的问题。通过增加限流电抗和ＦＣＬ，可以有效地限制直流侧故障电流上升的速度和峰值，为保护识别故障争取时间，在一定程度上降低了对快速性的要求，同时也降低了对直流断路器容量和开断速度要求，是一种经济型的保护方案。此外由于增加了限流电路，构成了柔性直流线路的边界，因此可以借鉴传统高压直流线路利用边界特性构成的保护原理，研究适用于柔性直流系统的线路保护原理和整定方法。（2）新增保护电路和新型拓扑结构及其组合的使用。由于目前直流断路器技术不成熟，对于直流线路故障，更多地依靠相应的控制措施和保护电路对故障进行处理，以减少线路故障所带来的损害。增加辅助保护电路是一种有效的手段，同时新型换流器和混合直流输电结构也提高了柔性直流系统处理直流故障的能力。目前的现状是，新的保护电路和结构增加了系统结构的复杂性，保护的难点转移到了控制方面；新增的保护电路和新型拓扑结构在一定程度上增加了器件成本和开关损耗，同时器件数量的增加以及结构的复杂化也在一定程度上增加了系统自身的故障概率。因此，均衡考虑保护电路和新型拓扑结构的线路保护效益、故障处理能力以及所带的成本与损耗，是影响新型保护电路、新型换流器拓扑和直流输电结构在未来应用的关键所在。利用单一保护电路对直流线路故障进行处理，可能导致故障隔离不彻底。因此可结合直流线路故障特征，研究多种保护电路配合使用下直流故障处理的效果和性能。当然也需对电路参数、开关性能、成本及损耗进行分析。（3）保护与控制协调策略。柔性直流输电线路的故障处理与保护和控制密切相关，为实现故障线路的隔离和系统的稳定，需要针对线路保护、辅助电路以及系统控制的动作时间和投入方式，进行协调策略研究。尤其对于多端柔性直流系统，直流线路故障的处理，更加强调多站之间保护与控制的协调作用。采用保护、控制、通信集成一体化的多端柔性直流系统保护方案，研究保护与保护之间，保护与控制之间的配合策略，实现交直流侧保护与控制相协调，整合并减少分散保护设备的数量，从而降低柔性直流线路故障处理与保护的复杂性、缩短故障处理的时间，提高系统的可用率。（4）多端柔性直流输电系统的发展。多端柔性直流输电系统由于能够实现多电源供电、多落点受电，更灵活快捷等优点在新能源并网、构筑直流电网等领域具有广阔的应用前景。与两端柔性直流输电系统不同，多端直流输电线路要求更快速地切除故障电流，隔离故障线路，保证非故障线路正常运行。两端直流输电系统中依靠闭锁换流器，跳开交流侧断路器、停运多个换流站的故障处理方法将不适用于多端直流输电系统。未来多端柔性直流输电工程的广泛建设与发展，更期待的是由已建成的两端柔性直流系统拓展而成。因此对于可拓展成多端直流系统的两端柔性直流系统，需要考虑多端系统的特征，对线路保护原理和故障处理方案进行深入研究，以适应多端柔性直流线路故障处理和保护的需求。
结语
柔性直流电网的故障处理方式应当与传统的交流电网类似，即通过保护和直流断路器实现对故障元件的快速隔离或切除，以充分发挥柔性直流电网的输电灵活性和可靠性优势。
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论文作者:侯文鹏
论文发表刊物:《中国电业》2019年16期
论文发表时间:2019/12/2
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